베인 액추에이터 (Vane Actuator)의 구조 및 특징

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베인 액추에이터의 특징을 알아보자.

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목차

1. 구조 및 작동 방식
2. 토크 특징
3. 장점
4. 단점
5. 포지션 변경

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Actuator의 유형 및 종류 (Valve 구동 용)

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베인 액추에이터 (Vane Actuator) / 출처 : Kinetrol Vane Actuator

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구조 및 작동 방식

Vane Actuator의 구조

 
베인 액추에이터는 쿼터턴 장치로, 내부에 설치된 회전 출력축이 있는 베인을 이용하여 토크를 생성합니다.
압력을 가한 쪽의 베인이 회전하면 출력축이 함께 회전하여 밸브를 제어합니다.
이 과정에서 선형 운동을 회전 운동으로 변환하지 않기 때문에 순수한 회전 제어를 가능케 하며, 회전 운동의 완전한 제어를 가능하게 합니다.
베인 액추에이터는 보통 더블 액팅 (양방향 구동) 방식으로 구성되며, 듀얼 립 씰은 공기 지원으로 효과적인 밀폐를 제공하며, 저 마찰과 유지보수가 필요 없는 장수명을 보장합니다.
이러한 구조와 작동 방식으로 인해 베인 액추에이터는 작은 크기에서 높은 토크 출력을 제공하며, 밸브 스템이나 하우징으로 인한 부하 전달이 없어 진정한 회전 제어가 가능합니다.
 

반응형

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토크 특징

Vane Actuator Torque

 
베인 액추에이터의 토크 특징은 작동각도와 압력에 따라서 다양하게 변화합니다.
일반적으로는 작동각도가 증가할수록 선형적인 토크 특성을 보이며, 출력 토크가 증가합니다.
또한 액추에이터의 크기, 형태, 밀봉 방법 등에 따라서도 토크 출력이 다르게 나타날 수 있습니다.
압력에 따라서도 토크 출력이 변화하는데, 일반적으로 압력이 증가할수록 토크 출력도 증가하지만, 압력이 일정 이상 증가하면 토크 출력은 포화 상태에 이르게 됩니다.
이러한 포화 상태에 이르는 압력을 최대 작동 압력(Maximum Operating Pressure, MOP)이라고 합니다.
또한, 베인 액추에이터는 작동각도와 압력에 따라서 출력 토크의 안정성이 다르게 나타날 수 있습니다.
작은 작동각도와 작은 압력에서는 출력 토크의 안정성이 높지만, 큰 작동각도와 큰 압력에서는 출력 토크의 안정성이 낮아질 수 있습니다.
이러한 특성을 고려하여 베인 액추에이터를 선택해야 합니다.

 

베인 액추에이터 동작

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Vane Actuator Units

 

 장점

1. True Rotary Control: 베인 액추에이터는 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는 변환 장치가 없기 때문에 회전 운동에 대한 직접적인 제어가 가능합니다. 이로 인해 측면 하중을 최소화하고 부식이나 마모 없이 원활한 작동을 보장할 수 있습니다.
2. Compact Size: 베인 액추에이터는 작은 크기에서 높은 토크 출력을 제공하므로, 제한된 공간에서도 고성능을 발휘할 수 있습니다.
3. Low Friction Seals: 베인 액추에이터는 이중 리프 씰을 사용하여 저마찰력으로 오랜 시간 동안 유지보수 없이 작동할 수 있습니다.
4. High Cycle Life: 베인 액추에이터는 간단한 구조로 이루어져 있으며, 높은 사이클 수명을 보장합니다. 이로 인해 비용과 유지보수 시간을 줄일 수 있습니다.
5. Precise Modulation: 베인 액추에이터는 높은 정밀도와 반응성을 제공하여 정밀한 조절 작업에 적합합니다. 따라서 다양한 산업 분야에서 사용되며, 정확한 조절이 필요한 프로세스에서 효율적으로 사용됩니다.
6. Hazardous Gas Operation: 베인 액추에이터는 유해 가스를 구동하는 데 사용될 수 있으며, 가스가 부식성이 없으면 사용이 가능합니다.
7. Low Maintenance: 베인 액추에이터는 간단한 구조와 적은 수의 부품으로 이루어져 있으며, 적은 수의 부품으로도 높은 성능을 발휘합니다. 따라서 유지보수 비용이 적고, 오랜 시간동안 유지보수 없이 작동할 수 있습니다.
8. Pressure Retaining O-ring Seals의 부재: 베인 액추에이터는 오랜 시간 사용하더라도 오링 씰의 교체가 필요 없으며, 비교적 적은 유지보수 비용으로 운영이 가능합니다.
 
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단점

 

Spring Return Units

 
1. 토크 특성: 베인 액추에이터의 토크 출력은 선형적으로 증가하며, 고정된 작동각도 범위 내에서 일정합니다. 따라서, 곡선 모양의 토크 특성이 필요한 경우에는 다른 액추에이터 타입을 고려해야 합니다.
2. 스프링 리턴 기능: 베인 액추에이터의 스프링 리턴 기능은 최대 작동 압력이 제한적입니다. 일반적으로7 bar 이하의 작동 압력에서만 사용할 수 있습니다. 또한, 스프링 리턴 기능을 갖춘 베인 액추에이터는 전체 조립체의 높이가 높아집니다. 이로 인해 플랜트 레이아웃 계획 시 고려해야 할 사항이 많아집니다.
3. 토크 안정성: 작동각도와 압력에 따라 베인 액추에이터의 출력 토크 안정성이 다르게 나타날 수 있습니다. 따라서, 선택한 베인 액추에이터의 출력 토크 안정성을 고려해야 합니다.
4. 청소 유지 보수: 베인 액추에이터 내부에 오염물질이 쌓일 경우, 작동 시 기계적 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서, 주기적으로 청소와 유지 보수가 필요합니다.
5. 가격: 베인 액추에이터의 가격은 다른 액추에이터 타입에 비해 상대적으로 높습니다. 따라서, 경제적인 측면에서 고려할 필요가 있습니다.

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포지션 변경

 
베인 액추에이터는 Units화 되어 있어서 내부 파트 분해나 변경 없이 Double Acting, Spring Return, Gear Box 장착 등의 다양한 구성이 가능합니다.
또한, DIN 3337 및 ISO 5211 규격을 준수하여 다양한 형태로 결합이 가능합니다.
또한 다양한 타입의 포지셔너 (Positioner), 솔레노이드 밸브 (Solenoid Valve), 리미트스위치 (Limit Switch) 등의 장착이 가능합니다.

액추에이터의 위치 또는 작동 각도를 변경하는 경우, 일반적으로 엔드 스톱을 조정하거나 외부 제어 장치를 사용하여 이루어집니다. 이러한 방법은 쉽고 간편하며, 적은 비용으로 변경할 수 있습니다.
 

베인 액추에이터는 회전 운동으로 제어가 가능하며, 작은 크기에서 높은 토크 출력을 제공하여 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.
또한, 저마찰력의 이중 리프 씰과 간단한 구조로 이루어져 있어 유지보수 비용이 적고, 높은 사이클 수명을 보장합니다.
하지만, 토크 특성이 선형적으로 증가하며, 고정된 작동각도 범위 내에서 일정하므로 곡선 모양의 토크 특성이 필요한 경우에는 다른 액추에이터 타입을 고려해야 합니다.
또한, 스프링 리턴 기능의 제한적인 최대 작동 압력과 출력 토크 안정성, 청소 유지 보수 등의 단점이 있으며, 가격이 비교적 높은 편입니다.
결론적으로, 베인 액추에이터는 회전 제어에 적합하며, 작은 공간에서 높은 토크 출력이 필요한 경우에 적합한 액추에이터 타입입니다.

컨트롤 밸브의 악세서리 : Regulator (레귤레이터)

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